(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体からの光束を結像させるための対物光学系と、
前記対物光学系の結像位置近傍に配置された１つの撮像素子と、
前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための分割素子と、
前記分割素子で反射した光束を折り返して反射させるための第１反射部材と、
前記分割素子を透過した光を反射させるための第２反射部材とを有し、
前記分割素子を介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させ、
前記第２反射部材で反射した光束を前記撮像素子における前記第１領域とは異なる第２領域に結像させることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記分割素子が、偏光ビームスプリッタであり、
更に、前記偏光ビームスプリッタと前記第１反射部材との間に、前記偏光ビームスプリッタで反射した光束の位相を変更するための波長板を有し、
前記波長板及び前記偏光ビームスプリッタを介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記波長板は、λ／４板であることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１領域と前記第２領域に結像するまでの夫々の光路長を異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置と、前記第１領域と前記第２領域とに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択する画像選択部を有することを特徴とする撮像装置システム。
【請求項６】
前記撮像素子と前記第２反射部材とが、前記第２領域近傍で接合され、
前記撮像素子と前記分割素子とが、前記第１領域近傍で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像素子と前記第２反射部材とが、前記第２領域近傍で接合され、
前記撮像素子と前記偏光ビームスプリッタとが、前記第１領域近傍で接合されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記偏光ビームスプリッタの前記対物光学系側に偏光解消板を有することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載の撮像装置と、前記第１領域及び前記第２領域に結像した夫々の画像の、ホワイトバランス、中心位置移動、画像回転及び倍率調整の少なくともいずれかを調整可能な画像処理部を有することを特徴とする撮像装置システム。
【請求項１０】
前記第１領域及び第２領域に結像した夫々の画像が略同一の明るさになるように、前記波長板を回転可能に備えたことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像素子は、前記第１領域の中心点と前記第２領域の中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出すことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記撮像素子のシャッタ方式は、走査ライン毎にシャッタを切るローリングシャッタ方式であることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記対物光学系が、第１光路と第２光路とを有し、
前記第１光路と前記第２光路には、夫々、前記第１光路を通る光束の偏光方向と前記第２光路を通る光束の偏光方向とを垂直にする偏光板が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１光路と前記第２光路は、夫々、右目用光路と左目用光路、直視用光路と側視用光路、白色光用光路と蛍光用光路のいずれかであることを特徴とする請求項１３に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内視鏡観察に好適な、焦点深度の深い撮像装置および撮像装置システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ピント位置の異なる２つの画像のうちコントラストの良い画像を選択して合成することで、焦点深度を拡大した撮像装置がある。【０００３】
その一従来例の撮像装置として、例えば、特許文献１や特許文献２に記載の撮像装置のように、ハーフプリズムで１つの光束を２つに分割するとともに、分割した夫々の光束を撮像する２つの撮像素子への光路長をずらして配置することで、夫々の撮像素子へ結像する２つの画像のピント位置が異なるようにしたものがある。
図１１は特許文献１に記載の撮像装置の概略構成を示す図である。
特許文献１に記載の撮像装置は、被写体２０からの光を、撮像レンズ５１を通過させた後に、ハーフミラーを備えた２分解プリズム５２によって２光路の光に分割し、分割した２つの光の一方を結像位置に設けられた撮像素子５３で撮像し、他方を結像位置からわずかにずれた撮像素子５４で受光するように構成されている。なお、図１１中、５５は高域通過フィルタ、５６は撮像素子５３から得た撮像出力信号に、撮像素子５４から得た撮像出力信号のうち高域通過フィルタ５５を通過した高域信号を付加する加算器である。
図１２は特許文献２に記載の撮像装置の概略構成を示す図である。
特許文献２に記載の撮像装置は、被写体２０からの光を、撮像レンズ６１を通過させた後に、ハーフミラー構造を有するプリズム６２によって２光路の光に分割し、分割した２つの光を被写界深度が異なり、且つ、一方の後方被写界深度と他方の前方被写界深度が等しくなるような距離に配置された撮像素子６３，６４で撮像するように構成されている。なお、図１２中、６５，６６は撮像素子６３，６４を夫々の光軸方向に移動させる駆動装置、６７は撮像レンズ６１から撮像素子６３，６４までの距離を計算する演算処理装置、６８，６９は駆動装置６５，６６を駆動する駆動回路、７０は画像合成装置である。【０００４】
また、他の従来例の撮像装置として、例えば、次の特許文献３に記載の電子内視鏡のように、１つのＣＣＤ上にビームスプリッタを配置して、１つのＣＣＤにおける異なる領域に２つの像を結像させるようにしたものがある。
図１３は特許文献３に記載の撮像装置を備えた電子内視鏡の先端部の内部構造を模式的に示す図である。
特許文献３に記載の撮像装置は、被写体（生体組織）２０からの光を、対物光学系７１を通過させた後に、ビームスプリッタ７２ａを有する第１のプリズム７２によって２光路の光に分解し、ビームスプリッタ７２ａを透過した光を全反射する全反射ミラー７３ａを有する第２のプリズム７３で反射する。そして、ビームスプリッタ７２ａで反射した光をＣＣＤ７４の受光部７４ａで撮像すると共に全反射ミラー７３ａで反射した光をＣＣＤ７４の受光部７４ｂで撮像する。なお、図１３中、７５は照明窓、７６は被写体２０を照明するための照明光を導光するライトガイドである。【０００５】
更に、他の従来例の撮像装置として、例えば、次の特許文献４の図５、図６に記載の蛍光観察装置のように、１つの撮像素子に２つの画像を結像させるために、光路の途中にアフォーカル光束を作成するようにし、アフォーカル光束となる光路上に光路分割素子を配置して光路を分割し、分割した光路における結像レンズの位置を調整し、あるいは光学部材を挿入することにより夫々の画像が結像するまでの光路長に差を付けるようにしたものがある。
図１４は特許文献４の図５に記載の撮像装置の概略構成を示す図である。
特許文献４に記載の撮像装置は、被写体からの光を、対物レンズ８１を通過させた後に、ダイクロイックミラー８２によって励起波長以上の長波長の光を反射するとともに、励起波長よりも短い波長の白色光を透過させることで２つの光に分岐する。また、ダイクロイックミラー８２を透過した励起波長よりも短い波長の白色光を、ハーフミラー８３によって２つの光に分岐する。そして、ハーフミラー８３を透過した光を、集光レンズ８５によって撮像素子８８の焦点面に集光し、また、ハーフミラー８３を反射した光を、ミラー９０で反射し、集光レンズ８６によって撮像素子８８の焦点面をずれた位置に集光する。なお、図１４中、８９はダイクロイックミラー８２で反射した光から励起光をカットする励起光カットフィルタ、８４は励起光カットフィルタを通過した光を撮像素子８７の焦点面に集光する集光レンズである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１１６８０７号公報
【特許文献２】特開２００３−０７８８０２号公報
【特許文献３】特開２００４−３１３５２３号公報
【特許文献４】特開２０１０−２２０８９０号公報（図５、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載の撮像装置は、撮像素子を２つ必要とするため、製品原価が非常に高くなり、また、２つの撮像素子からの熱により撮像装置先端部の発熱が大きくなるという問題がある。【０００８】
また、特許文献３に記載の撮像装置では、２つの像の光路長差が大きくなり過ぎるため、近点画像と遠点画像との間にボケ画像が発生してしまい、連続した範囲で焦点深度を拡大することができない。【０００９】
また、特許文献４に記載の撮像装置では、光路の途中をアフォーカルにするため、光学系が大型化してしまい、小型化が必要とされる内視鏡には適さない。【００１０】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、撮像装置全体の大型化を抑えながら、１つの撮像素子における異なる領域に２つの画像を、ピント位置を大きく変えることなく結像させることができ、連続した範囲で焦点深度を拡大することが可能な撮像装置及び撮像装置システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明による撮像装置は、物体からの光束を結像させるための対物光学系と、前記対物光学系の結像位置近傍に配置された１つの撮像素子と、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための分割素子と、前記分割素子で反射した光束を折り返して反射させるための第１反射部材と、前記分割素子を透過した光を反射させるための第２反射部材とを有し、前記分割素子を介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させ、前記第２反射部材で反射した光束を前記撮像素子における前記第１領域とは異なる第２領域に結像させることを特徴としている。【００１２】
また、本発明の撮像装置においては、前記分割素子が、偏光ビームスプリッタであり、更に、前記偏光ビームスプリッタと前記第１反射部材との間に、前記偏光ビームスプリッタで反射した光束の位相を変更するための波長板を有し、前記波長板及び前記偏光ビームスプリッタを介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させるのが好ましい。【００１３】
また、本発明の撮像装置においては、前記波長板は、λ／４板であるのが好ましい。【００１４】
また、本発明の撮像装置においては、前記第１領域と前記第２領域に結像するまでの夫々の光路長を異ならせるのが好ましい。【００１５】
また、本発明による撮像装置システムは、上記本発明の撮像装置と、前記第１領域と前記第２領域とに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択する画像選択部を有することを特徴としている。【００１６】
また、本発明の撮像装置においては、前記撮像素子と前記第２反射部材とが、前記第１領域近傍で接合され、前記撮像素子と前記分割素子とが、前記第２領域近傍で接合されているのが好ましい。【００１７】
また、本発明の撮像装置においては、前記撮像素子と前記第２反射部材とが、前記第１領域近傍で接合され、前記撮像素子と前記偏光ビームスプリッタとが、前記第２領域近傍で接合されているのが好ましい。【００１８】
また、本発明の撮像装置においては、前記偏光ビームスプリッタの前記対物光学系側に偏光解消板を有するのが好ましい。【００１９】
また、本発明による撮像装置システムは、上記本発明のいずれかの撮像装置と、前記第１領域及び前記第２領域に結像した夫々の画像の、ホワイトバランス、中心位置移動、画像回転、倍率調整、及び電子シャッタの少なくともいずれかを調整可能な画像処理部を有することを特徴としている。【００２０】
また、本発明の撮像装置においては、前記第１領域及び第２領域に結像した夫々の画像が略同一の明るさになるように、前記波長板を回転可能に備えるのが好ましい。【００２１】
また、本発明の撮像装置においては、前記撮像素子は、前記第１領域の中心点と前記第２領域の中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出すのが好ましい。
【００２２】
また、本発明の撮像装置においては、前記撮像素子のシャッタ方式は、走査ライン毎にシャッタを切るローリングシャッタ方式であるのが好ましい。【００２３】
また、本発明の撮像装置においては、前記対物光学系が、第１光路と第２光路とを有し、前記第１光路と前記第２光路には、夫々、前記第１光路を通る光束の偏光方向と前記第２光路を通る光束の偏光方向と垂直にする偏光板が配置されているのが好ましい。【００２４】
また、本発明の撮像装置においては、前記第１光路と前記第２光路は、夫々、右目用光路と左目用光路、直視用光路と側視用光路、白色光用光路と蛍光用光路のいずれかであるのが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、撮像装置全体の大型化を抑えながら、１つの撮像素子における異なる領域に２つの画像を、ピント位置を大きく変えることなく結像させることができ、連続した範囲で焦点深度を拡大することが可能な撮像装置及び撮像装置システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施例１にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像における被写体の向きを示す図である。
【図２】図１の撮像装置システムにおける対物光学系と分割素子と第２反射部材の斜視図である。
【図３】図１の撮像装置システムにおける画像選択部の構成例を示す説明図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図である。
【図４】図１の撮像装置システムにおける画像処理部が行う一部の画像処理を概念的に示す説明図である。
【図５】特許文献３に記載の撮像装置と実施例１の撮像装置とにおける、分割された夫々の光路の長さの差を比較して示す説明図で、(a)は特許文献３に記載の撮像装置における分割された夫々の光路の長さの差を概念的に示す図、(b)は実施例１の撮像装置における分割された夫々の光路の長さの差を概念的に示す図である。
【図６】図１の撮像装置システムにおける撮像装置の変形例を模式的に示す説明図で、(a)はその一変形例を示す図、(b)は他の変形例を示す図、(c)はさらに他の変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施例２にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像の種類を示す図である。
【図８】本発明の実施例３にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像の種類を示す図である。
【図９】本発明の実施例４にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像の種類を示す図である。
【図１０】本発明の撮像装置及び撮像処理システムにおける撮像素子の画素情報の読み出し方法の変形例を示す説明図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図である。
【図１１】特許文献１に記載の撮像装置の概略構成を示す図である。
【図１２】特許文献２に記載の撮像装置の概略構成を示す図である。
【図１３】特許文献３に記載の撮像装置を備えた電子内視鏡の先端部の内部構造を模式的に示す図である。
【図１４】特許文献４に記載の撮像装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
実施例の説明に先立ち、本発明の作用効果について説明する。
本発明の撮像装置は、物体からの光束を結像させるための対物光学系と、前記対物光学系の結像位置近傍に配置された１つの撮像素子と、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための分割素子と、前記分割素子で反射した光束を折り返して反射させるための第１反射部材と、前記分割素子を透過した光を反射させるための第２反射部材とを有し、前記分割素子を介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させ、前記第２反射部材で反射した光束を前記撮像素子における前記第１領域とは異なる第２領域に結像させる。
分割素子により２つの光路に分け、分割素子で反射した光束を第１の反射板で折り返すようにすれば、焦点位置を略同じか又は大きく異ならせることなく、１つの撮像素子における異なる領域に２つの画像を結像させることができる。このため、撮像装置の径を大型化することなく、連続した範囲で焦点深度を拡大させることができる。
【００３２】
また、本発明の撮像装置においては、前記分割素子が、偏光ビームスプリッタであり、更に、前記偏光ビームスプリッタと前記第１反射部材との間に、前記偏光ビームスプリッタで反射した光束の位相を変更するための波長板を有し、前記波長板及び前記偏光ビームスプリッタを介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させるのが好ましい。
偏光ビームスプリッタを介して２つの光路に分け、偏光ビームスプリッタで反射した光束を第１の反射板で折り返し、波長板により偏光ビームスプリッタで反射した光束の偏光方向を、偏光ビームスプリッタを透過しうる偏光方向に変えるようにすれば、焦点位置を同じか又は大きく異ならせることなく、１つの撮像素子における異なる領域に２つの画像を結像させることができ、しかも、２つの画像の明るさを略同じに保つことができる。このため、撮像装置の径を大型化することなく、連続した範囲で焦点深度を拡大させ、且つ、焦点の合う範囲内において焦点位置の変化にかかわらず明るさの変化の少ない画像を得ることができる。
【００３３】
本発明の撮像装置においては、前記波長板は、λ／４板であるのが好ましい。
波長板をλ／４板で構成すれば、第１の反射板で折り返されることにより、偏光ビームスプリッタで反射した光束がλ／４板を２回通過して偏光方向が９０度変換され、偏光ビームスプリッタを透過する。このため、偏光ビームスプリッタで反射した光束の明るさをロスすることなく、効率的に撮像素子における第１の領域に結像させることができる。
【００３４】
また、本発明の撮像装置においては、前記第１領域と前記第２領域とに結像するまでの夫々の光路長を異ならせるのが好ましい。
また、本発明の撮像装置システムは、上記撮像装置と、前記第１領域と前記第２領域とに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択する画像選択部を有する。
このようにすれば、焦点深度の深い撮像装置、撮像装置システムが得られる。
【００３５】
また、本発明の撮像装置においては、前記撮像素子と前記第２反射部材とが、前記第２領域近傍で接合され、前記撮像素子と前記分割素子（より好ましくは、前記偏光ビームスプリッタ）とが、前記第１領域近傍で接合されているのが好ましい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタ等の分割素子や第２反射部材を保持するためのメカ枠が不要となるため、その分、製造原価を低減することが可能となる。
【００３６】
また、本発明の撮像装置においては、前記偏光ビームスプリッタの前記対物光学系側に偏光解消板を有するのが好ましい。
このようにすれば、被写体から対物レンズを通過する光の偏光方向が偏っていたとしても、偏光解消板によりその偏りが解消されるため、偏光ビームスプリッタで分割される２つの光束の光量の割合が略同じとなり、第１領域及び第２領域に結像する２つの画像の明るさを略同じにすることが可能となる。
【００３７】
また、本発明の撮像装置システムは、上記いずれかの撮像装置と、前記第１領域及び前記第２領域に結像した夫々の画像の、ホワイトバランス、中心位置移動、画像回転及び倍率調整の少なくともいずれかを調整可能な画像処理部を有する。
このようにすれば、第１領域及び第２領域に結像した２つの画像についての、光学系の製造誤差等を原因とした、画像の色の差、中心位置の差、画像の回転（倒れ）の差、倍率の差等が調整可能となる。
【００３８】
また、本発明の撮像装置においては、前記第１領域及び第２領域に結像した夫々の画像が略同一の明るさになるように、前記波長板を回転可能に備えるのが好ましい。
このようにすれば、波長板を回転することで光束の偏光状態を調整し、偏光ビームスプリッタを透過して第１領域に入射する光量を調整することができるので、第１領域及び第２領域に結像した２つの画像についての、光学系の製造誤差等を原因とした明るさの差を簡単に調整することができる。
【００３９】
また、本発明の撮像装置においては、前記撮像素子は、前記第１領域の中心点と前記第２領域の中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出すのが好ましい。
撮像素子を第１領域の中心点と第２領域の中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出すようにすれば、撮像素子によって読み出された当該画素情報ごとに、画像選択部で第１領域の画像と第２領域の画像についての合焦度を比較する等の所定の処理を行うことができ、第１領域及び第２領域に結像した２つの画像に対し夫々別個に画像全体の画素情報を読み出し、夫々の画像に対する全体の画素情報の読み出しを終えた後に上記所定の処理を行うのに比べて、２つの画像情報取得の同時性を確保できる。また、前記撮像素子のシャッタ方式をローリングシャッタ方式にすれば、撮像素子全体の基板の面積を小さくすることができる。
【００４０】
また、本発明の撮像装置においては、前記対物光学系が、第１光路と第２光路とを有し、前記第１光路と前記第２光路には、夫々、前記第１光路を通る光束の偏光方向と前記第２光路を通る光束の偏光方向とを垂直にする偏光板が配置されているのが好ましい。
また、本発明の撮像装置においては、前記第１光路と前記第２光路は、夫々、右目用光路と左目用光路、直視用光路と側視用光路、白色光用光路と蛍光用光路のいずれかであるのが好ましい。
このようにすれば、立体画像の観察や、側視画像と直視画像との同時観察、蛍光画像と白色光画像との同時観察が可能となる。
【００４１】
また、本発明の参考発明による撮像装置システムは、物体からの光束を結像させるための対物光学系と、前記対物光学系の結像位置近傍に配置された１つの撮像素子と、前記対物光学系からの光束を焦点位置が異なる第１像と第２像とに分割し、分割した第１像と第２像とを前記撮像素子における互いに異なる領域に結像させる分割結像手段を有し、前記撮像素子は、前記第１領域の中心点と前記第２領域の中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出し、更に、前記撮像素子によって当該画素情報として読み出された、前記第１領域と前記第２領域とに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択する画像選択部を有し、前記画像選択部が選択した画像が合成される。
また、本発明の参考発明の撮像装置システムにおいては、前記分割結像手段は、反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための分割素子を有し、前記反射光束及び前記透過光束を少なくとも一回、反射部材で反射させ、前記撮像素子における互いに異なる領域に像を形成させるのが好ましい。
このように、撮像素子を第１領域の中心点と第２領域の中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出すように構成するとともに、更に、前記撮像素子によって当該画素情報として読み出された、前記第１領域と前記第２領域とに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択する画像選択部を有し、前記画像選択部が選択した画像が合成されるようにすれば、第１領域及び第２領域に結像した２つの画像に対し夫々別個に画像全体の画素情報を読み出し、夫々の画像に対する全体の画素情報の読み出しを終えた後に上記所定の処理を行うのに比べて、２つの画像情報取得の同時性を確保できる。
また、前記撮像素子のシャッタ方式をローリングシャッタ方式にすれば、撮像素子全体の基板の面積を小さくすることができる。
また、焦点が合った領域の像を表示用画像として選択する画像選択部を有し、前記画像選択部が選択した画像が合成されるようにすれば、焦点深度の深い撮像装置システムが得られる。
【００４２】
また、本発明の参考発明の撮像装置システムにおいては、前記分割結像手段は、前記対物光学系と前記撮像素子との間に配置され、前記対物光学系からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割するための偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタで反射した光束の位相を変更するための波長板と、前記波長板を透過した光束を折り返して反射させるための第１反射部材と、前記偏光ビームスプリッタを透過した光を反射させるための第２反射部材とを有し、前記波長板及び前記偏光ビームスプリッタを介して前記第１反射部材で反射した光束を前記撮像素子における第１領域に結像させ、前記第２反射部材で反射した光束を前記撮像素子における前記第１領域とは異なる第２領域に結像させるのが好ましい。
このように、偏光ビームスプリッタを介して２つの光路に分け、偏光ビームスプリッタで反射した光束を第１の反射板で折り返し、波長板により偏光ビームスプリッタで反射した光束の偏光方向を、偏光ビームスプリッタを透過しうる偏光方向に変えるようにすれば、焦点位置を同じか又は大きく変えることなく、１つの撮像素子における異なる領域に２つの画像を結像させることができ、しかも、２つの画像の明るさを略同じに保つことができる。このため、撮像装置を大型化することなく、連続した範囲で焦点深度を拡大させ、且つ、焦点の合う範囲内において焦点位置の変化にかかわらず明るさの変化の少ない画像を得ることができる。
【００４３】
実施例１
図１は本発明の実施例１にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像における被写体の向きを示す図である。図２は図１の撮像装置システムにおける対物光学系と分割素子と第２反射部材の斜視図である。図３は図１の撮像装置システムにおける画像選択部の構成例を示す説明図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図である。図４は図１の撮像装置システムにおける画像処理部が行う一部の画像処理を概念的に示す説明図である。図５は特許文献３に記載の撮像装置と実施例１の撮像装置とにおける、分割された夫々の光路の長さの差を比較して示す説明図で、(a)は特許文献３に記載の撮像装置における分割された夫々の光路の長さの差を概念的に示す図、(b)は実施例１の撮像装置における分割された夫々の光路の長さの差を概念的に示す図である。図６は図１の撮像装置システムにおける撮像装置の変形例を模式的に示す説明図で、(a)はその一変形例を示す図、(b)は他の変形例を示す図、(c)はさらに他の変形例を示す図である。
【００４４】
実施例１の撮像装置システムは、対物レンズ１と、偏光解消板２と、撮像素子３と、偏光ビームスプリッタ４と、波長板５と、第１反射部材６と、第２反射部材７と、画像処理部８を有している。図１中、１０は画像表示装置である。
【００４５】
対物レンズ１は、物体からの光束を結像させる機能を有し、像側がテレセントリックに構成されている。
偏光解消板２は、対物レンズ１と偏光ビームスプリッタ４との間に配置されている。
撮像素子３は、ＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤセンサで構成され、対物レンズ１の結像位置近傍に配置されている。撮像素子３をＣＭＯＳセンサで構成した場合のシャッタ方式は、走査ライン毎にシャッタを切るローリングシャッタ方式、グローバルシャッタ方式のいずれでもよい。また、撮像素子３は、第１領域３ａの中心点と第２領域３ｂの中心点を結ぶ方向に沿う方向に画像情報を読み出すように構成されている。
偏光ビームスプリッタ４は、対物レンズ１と撮像素子３との間の光路上であって撮像素子３における第１領域３ａの上方に配置され、偏光ビームスプリッタ面４ａで対物レンズ１からの光束を反射光束と透過光束の２つの光束に分割する。なお、ここでは、偏光ビームスプリッタ４は、Ｓ偏光成分の直線偏光を反射し、Ｐ偏光成分の直線偏光を透過するものとする。
波長板５は、λ／４板からなり、光軸を中心に回転可能に構成されている。
第１反射部材６は、ミラーで構成されており、偏光ビームスプリッタ面４ａで反射し、波長板５を透過した光束を折り返して反射させる。
第２反射部材７は、プリズムで構成されており、全反射面７ａで偏光ビームスプリッタ４を透過した光を反射させる。なお、プリズム７は、全反射面７ａにミラーコートを施して反射面を構成してもよい。
そして、実施例１の撮像装置システムは、波長板５及び偏光ビームスプリッタ４を介して第１反射部材６で反射した光束を撮像素子３における第１領域３ａに結像させ、他方、第２反射部材７で反射した光束を撮像素子３における第１領域３ａとは異なる第２領域３ｂに結像させる。
【００４６】
画像処理部８は、撮像素子３に接続し、図示省略した中央処理演算装置に設けられていて、第１画像処理部８ａ１と、第２画像処理部８ａ２と、第３画像処理部８ａ３と、第４画像処理部８ａ４と、第５画像処理部８ａ５を有している。
第１画像処理部８ａは、第１領域３ａの画像と第２領域３ｂの画像の向き（回転）を補正するように構成されている。
第１領域３ａ、第２領域３ｂに結像する画像の向きは、例えば、図２に示すような”Ｆ”の文字を観察する場合、夫々図１(b)に示すような向きになる。即ち、第１領域３ａに結像する画像は、第１領域３ａの中心点を中心として時計回りに９０度回転するとともに、第１領域３ａの中心点を通る図１(b)における縦方向の軸を中心として１８０度回転した向きとなっている。また、第２領域３ｂに結像する画像は、第２領域３ｂの中心点を中心として時計回りに９０度回転した向きとなっている。
そこで、第１領域３ａ、第２領域３ｂの夫々に結像する画像を画像表示装置１０に表示させる場合には、第１画像処理部８ａを介して、第１領域３ａ、第２領域３ｂの夫々に結像する画像を夫々の領域の中心点を中心として反時計回りに９０度回転させ、更に第１領域３ａの画像に対しては第１領域３ａの中心点を通る図１(b)における縦方向の軸を中心として１８０度回転させて鏡像を補正する。
【００４７】
第３画像処理部８ｃは、第１領域３ａの画像と第２領域３ｂの画像の夫々のホワイトバランスを調整可能に構成されている。
第４画像処理部８ｄは、第１領域３ａの画像と第２領域３ｂの画像の夫々の中心位置の移動（選択）可能に構成されている。
第５画像処理部８ｅは、第１領域３ａの画像と第２領域３ｂの画像の夫々の表示範囲（倍率）を調整可能に構成されている。
【００４８】
第２画像処理部８ｂは、本発明の画像選択部に相当し、撮像素子３によって当該画素情報として読み出された、第１領域３ａの画像と第２領域３ｂの画像とを比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択するように構成されている。
詳しくは、第２画像処理部８ｂは、例えば、図３(a)に示すように、夫々の領域３ａ，３ｂに接続する高域通過フィルタ８ｂ１ａ，８ｂ１ｂと、高域通過フィルタ８ｂ１ａ，８ｂ１ｂに接続する比較器８ｂ２と、比較器８ｂ２及び夫々の領域３ａ，３ｂに接続する切替器８ｂ３を有し、第１領域３ａ，第２領域３ｂの画像を、高域通過フィルタ８ｂ１ａ，８ｂ１ｂで高域成分を抽出し、抽出した高域成分を比較器８ｂ２で比較し、高域成分の多い領域の画像を切替器８ｂ３で選択するように構成される。
また、例えば、図３(b)に示すように、一方の領域３ａのみに接続するデフォーカスフィルタ８ｂ４と、デフォーカスフィルタ８ｂ４に接続するとともに他方の領域３ｂに接続する比較器８ｂ２と、一方の領域３ａ及び比較器８ｂ２に接続する切替器８ｂ３を有し、デフォーカスフィルタ８ｂ４によりデフォーカスされた一方の領域３ａの画像信号とでフォーカスされていない他方の領域３ｂの画像信号を比較器８ｂ２で比較し、一致した部分は他の領域３ｂの画像、一致しない部分は領域３ａの画像、を切替器８ｂ３で選択するように構成してもよい。
画像表示装置１０は、第２画像処理部８ｂが選択した画像を表示する表示領域を有している。なお、画像表示装置１０は、第１及び第２の領域３ａ，３ｂの夫々に結像する画像を表示する表示領域を有していてもよい。
【００４９】
このように構成された実施例１の撮像装置システムでは、対物レンズ１からの光束は、偏光解消板２を通り、偏光方向の偏りが解消された状態で、偏光ビームスプリッタ４に入射する。偏光ビームスプリッタ４に入射した光は、偏光ビームスプリッタ面４ａで直線偏光のＳ偏光成分とＰ偏光成分とに分離される。
偏光ビームスプリッタ面４ａで反射したＳ偏光成分の直線偏光の光束は、λ／４板５を通り偏光状態が円偏光に変換され、ミラー６で反射する。ミラー６で反射した光束は、再びλ／４板５を通り、偏光状態が円偏光からＰ偏光成分の直線偏光に変換され、再び偏光ビームスプリッタ４に入射し、偏光ビームスプリッタ面４ａを透過して、撮像素子３の第１領域３ａに結像する。
また、対物レンズ１、偏光解消板２を経て、偏光ビームスプリッタ４に入射したときに偏光ビームスプリッタ面４ａを透過したＳ偏光成分の直線偏光の光束は、プリズム７の全反射面７ａで反射され、撮像素子３の第２領域３ｂに結像する。
【００５０】
撮像素子３は、図１(b)に矢印で示す方向（即ち、第１領域３ａの中心点と第２領域３ｂの中心点を結ぶ方向に沿う方向）に画像情報を読み出す。
第２画像処理部８ｂは、撮像素子３によって当該画素情報として読み出された、第１領域３ａ、第２領域３ｂの夫々に結像する画像を比較し、焦点が合った画像を表示用画像として選択する。
なお、第２画像処理部８ｂが選択した画像は、合成されて画像表示装置１０に表示される。
【００５１】
ここで、実施例１の撮像装置システムの特徴的な構成及び作用効果について、図５を用いて従来の撮像装置システムの構成及び作用効果と比較しながら説明する。
従来の特許文献３に記載の撮像装置では、図５(a)に示すように、プリズム７２に入射後、ビームスプリッタ７２ａで反射して撮像素子７４の受光部７４ａで撮像されるまでの光路長を２Ｌ（＝１Ｌ＋１Ｌ）とすると、プリズム７２に入射後、ビームスプリッタ７２ａを透過し、全反射ミラー７３ａで反射して撮像素子７４の受光部７４ｂで撮像されるまでの光路長は４Ｌ（＝１Ｌ＋１Ｌ＋１Ｌ＋１Ｌ）となり、対物レンズから撮像素子７４の受光部７４ａまでの光路長と、対物レンズから撮像素子７４の受光部７４ｂまでの光路長との差が２Ｌと大きくなり過ぎる。その結果、受光部７４ａの焦点深度の範囲内の光路長の範囲を２Ｌ−Ｌa〜２Ｌ＋Ｌaとし、受光部７４ｂの焦点深度の範囲内の光路長の範囲を４Ｌ−Ｌb〜４Ｌ＋Ｌbとすると、一方の受光部７４ａに結像する焦点深度の範囲内の光路長の最大値２Ｌ＋Ｌaと他方の受光部７４ｂに結像する焦点深度の範囲内の最小値４Ｌ−Ｌbとの間に焦点深度の範囲を外れた光路長が存在することになる。このため、近点画像と遠点画像との間にボケ画像が発生してしまう。
【００５２】
これに対し、実施例１の撮像装置システムでは、図５(b)に示すように、図示しない対物レンズ側から偏光ビームスプリッタ４に入射し偏光ビームスプリッタ面４ａで反射した光束は、第１の反射部材としてのミラー６で折り返すとともに、波長板としてのλ／４板５を往復することにより直線偏光の偏光方向が９０度変換させられ、偏光ビームスプリッタ面４ａを透過して、撮像素子３の第１領域３ａに入射する。このため、λ／４板５の厚みを考慮しなければ、偏光ビームスプリッタ４の入射面から撮像素子３の第１領域３ａまでの光路長は４Ｌ（＝１Ｌ＋１Ｌ＋１Ｌ＋１Ｌ）となる。また、図示しない対物レンズ側から偏光ビームスプリッタ４に入射し偏光ビームスプリッタ面４ａを透過した光束は、第２の反射部材としてのプリズム７の全反射面７ａで反射して、撮像素子３の第２領域３ｂに入射する。このため、偏光ビームスプリッタ４の入射面から撮像素子３の第２領域３ｂまでの光路長も４Ｌ（＝１Ｌ＋１Ｌ＋１Ｌ＋１Ｌ）となる。
【００５３】
即ち、実施例１の撮像装置システムでは、対物レンズ１からの光束を、分割素子としての偏光ビームスプリッタ４を用いて２つに分割するとともに、分割素子４を反射した光を第１の反射部材６で折り返すようにし、分割素子４を透過して撮像素子３の第１領域３ａに結像するようにしたので、第１領域３ａと第２領域３ｂに結像する夫々の光路長を略同じか又はわずかに異ならせるだけで済む。ここで、第１領域３ａの焦点深度の範囲内の光路長の範囲を４Ｌ−Ｌ1〜４Ｌ＋Ｌ1とし、第２領域３ｂの焦点深度の範囲内の光路長の範囲を４Ｌ−Ｌ2〜４Ｌ＋Ｌ2としたとき、一方の領域（第１領域）に結像する光路長の後方焦点深度の最大値４Ｌ＋Ｌ1が他方の領域（第２領域）に結像する光路長の前方焦点深度の最小値４Ｌ−Ｌ2と重なるような光路長差に、第１領域と第２領域に結像する夫々の光路長差を抑えることができる。このため、実施例１の撮像素子システムによれば、焦点位置を大きく異ならせることなく、１つの撮像素子に２つの画像を結像させることができ、連続した範囲で焦点深度を拡大することが可能となる。
なお、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像する夫々の光路長の差をより小さくするには、λ／４板５の厚みや、偏光ビームスプリッタ４とプリズム７との屈折率差等を調整して構成すればよい。
【００５４】
また、実施例１の撮像素子システムによれば、分割素子４として偏光ビームスプリッタを用いるとともに、波長板５を用いたので、波長板５を介して偏光ビームスプリッタ４を反射した光束の偏光方向を９０度変換することにより、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像する２つの画像の明るさを略同じに保つことができる。そして、波長板５としてλ／４板を用いたので、偏光ビームスプリッタ４を反射した光束を第１の反射部材５で折り返すことにより光束の偏光方向が９０度変換され、光束の明るさを殆どロスすることなく、効率的に撮像素子３に結像させることが可能となる。
なお、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに夫々結像する２つの画像の明るさを考慮しなくてよい場合には、分割素子４としてハーフミラーを用いてもよい。
【００５５】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、画像選択部としての第２画像処理部８ｂが、撮像素子３によって当該画素情報として読み出された、第１領域３ａと第２領域３ｂとに結像した夫々の画像を比較し、焦点が合った領域の画像を表示用画像として選択するので、連続した範囲で焦点深度が深い画像が得られ、画像表示装置１０を介して、連続した広い範囲で被写界深度の深い被観察像を観察することができる。
【００５６】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、撮像素子３を第１領域３ａの中心点と第２領域３ｂの中心点を結ぶ方向に沿う方向に画素情報を読み出すようにしたので、撮像素子３によって読み出された当該画素情報ごとに、画像選択部８ｂで合焦度を比較する等の所定の処理を行うことができ、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像に対し夫々別個の画像全体の画素情報を読み出し、夫々の画像の全体の画素情報の読み出しを終えた後に上記所定の処理を行うのに比べて、２つの画像情報取得の同時性を確保できる。
【００５７】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、第１画像処理部８ａを有し、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像の向き（回転）を調整可能であるため、２つの画像を同じ向きにして表示することができる。また、第１画像処理部８ａにより、プリズム等の製造誤差を原因とする２つの画像の回転量も補正可能であるため、像の向きを補正するための機械的なプリズムの調整機構等を備える必要がなくて済む。このため、撮像装置全体の大きさを小型化することができ、また、製造コストを低減できる。
【００５８】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、第３画像処理部８ｃを有したので、光学系のコーティング製造誤差を原因として、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像に色の差が生じる場合、２つの画像の夫々のホワイトバランスを調整することができる。
【００５９】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、第４画像処理部８ｄ、第５画像処理部８ｅを有したので、プリズム７や偏光ビームスプリッタ４の組立誤差や製造誤差等を原因として、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像の中心位置や倍率が合わなくなる場合、中心位置や表示範囲を調整することで、２つの画像の位置ずれ・倍率ずれを補正することができる。
なお、実施例１の撮像装置システムにおいては、更に、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した夫々の画像に対する電子シャッタの速度を調整可能な撮像処理部（図示省略）を備えるとより好ましい。このようにすれば、電子シャッタの速度を調整することで、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像する２つの画像の明るさを調整することができる。
【００６０】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、λ／４板５を、光軸を中心として回転可能に構成したので、λ／４板５を回転することで光束の偏光状態を調整し、偏光ビームスプリッタ４を透過して第１領域３ａに入射する光量を調整することができる。このため、光学系の製造誤差等を原因とする第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像の明るさの差を簡単に調整することができる。
【００６１】
また、実施例１の撮像装置システムによれば、対物レンズ１を像側テレセントリックに構成したので、撮像素子３に入射する主光線が対物レンズ１の光軸と略平行となる。このため、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに入射する２つの画像のピント位置が異なっても、倍率差が発生し難い。その結果、第５画像処理部８ｅによる倍率調整量を抑えることができ、良好な画像を得ることができる。
【００６２】
なお、被写体２０から対物レンズ１を通った光束が、偏光方向の偏った偏光成分（例えば、Ｐ偏光成分のみ）を有している場合、偏光解消板２を備えていないと偏光ビームスプリッタ４で反射する光束の光量と透過する光束の光量とが大きく異なってしまう。その結果、画像選択部８ａ２により第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像を比較してピントの合った領域の画像を選択し、選択した領域の画像を用いて全体画像を合成したときに、合成した全体画像の明るさが、選択された領域の画像ごとに異なり、観察に支障をきたす可能性がある。
しかるに、実施例１の撮像装置システムによれば、偏光解消板２を備えたので、対物レンズ１を通った光束が偏光方向の偏った偏光成分を有していても、偏光解消板２を通過させることで光束の偏光方向をランダムにすることができ、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像する２つの画像の明るさを略同じにすることができる。その結果、画像選択部８ａ２により第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像した２つの画像を比較してピントの合った領域の画像を選択し、選択した領域の画像を用いて全体画像を合成したときに、選択した画像が第１領域３ａ、第２領域３ｂのいずれの領域に結像した画像であっても一様の明るさの全体画像が得られる。
【００６３】
また、実施例１の撮像装置システムにおいては、その一変形例として、図６(a)に示すように、第１反射部材６、λ／４板５、偏光ビームスプリッタ４、第２反射部材７、撮像素子３を接合した構成としてもよい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタ４や第２反射部材としてのプリズム７を保持するためのメカ枠が不要となり、その分、製造原価を低減することができる。
【００６４】
また、他の変形例として、図６(b)に示すように、偏光ビームスプリッタ４と第２反射部材７の代わりに、偏光ビームスプリッタと第２反射部材としてのプリズムとを一体的に加工した光学部材４’を備えてもよい。なお、図６(b)中、４ａ’は偏光ビームスプリッタ面、４ｂ’は全反射面である。
このようにすれば、光学部品の点数を減らすことができ、その分、製造原価を低減できる。
【００６５】
なお、実施例１の撮像装置システムのように、対物レンズ１を像側テレセントリックに構成した場合、第２反射部材としてのプリズム７を通る光束の径よりも偏光ビームスプリッタ４を通る光束の径のほうが大きくなり、プリズム７に比べて偏光ビームスプリッタ４が大きくなり易い。しかも、上述したように、偏光ビームスプリッタ４の反射側光路に配置されたλ／４板５の厚みがある。このため、第２領域３ｂに入射する光の光路長よりも、第１領域３ａに入射する光の光路長の方が長くなる。
【００６６】
しかるに、第１領域３ａに入射する光と第２領域３ｂに入射する光の光路長差をより小さくするためには、偏光ビームスプリッタ４の屈折率を、プリズム７の屈折率に対して大きくするのが望ましい。また、プリズム７の硝材は、例えば、ＯＨＡＲＡ社製のＳ−ＢＳＬやプラスチック等の低屈折材料を用いてもよい。更には、第１領域３ａには対物レンズ１の焦点位置が近点側の画像を結像させ、第２領域３ｂには対物レンズ１の焦点位置が遠点側の画像を結像させるのが望ましい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタ４の大きさやλ／４板５の厚みを原因とする第１領域３ａ及び第２領域３ｂに入射する夫々の光の光路長差を小さくすることができる。
【００６７】
更に、他の変形例として、図６(c)に示すように、第２反射部材を、入射側の面７ａ’を、ミラーコートを施して反射面としたプリズム７’で構成してもよい。
このようにすれば、偏光ビームスプリッタ４を透過した光束がプリズム７’の入射側の面（反射面）７ａ’で反射し、第２領域３ａに結像するまでの光路の媒質が空気で構成され、偏光ビームスプリッタ４に比べて屈折率をより一層小さくすることができるため、上述したような、第１領域３ａと第２領域３ｂとに入射する光束の光路長差をより一層小さくすることができる。
なお、第１領域３ａと第２領域３ｂとに入射する光束の光路長を略同じにした場合には、連続した範囲で焦点深度を拡大することとは別に、撮像装置全体の大型化を抑えながら、これら２つの領域に結像する画像を用いて、次の実施例２〜４に示すような観察を行うことが可能となる。
【００６８】
実施例２
図７は本発明の実施例２にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像の種類を示す図である。
実施例２の撮像装置システムは、対物光学系が左右の目用の光路Ｌ１，Ｌ２（図７の例では、右目用光路Ｌ１と左目用光路Ｌ２）を有し、夫々の光路Ｌ１，Ｌ２に立体観察用の左右の目用の対物レンズ１ａ，１ｂ（図７の例では、右目用対物レンズ１ａと左目用対物レンズ１ｂ）を有している。また、夫々の光路Ｌ１，Ｌ２には、対物レンズ１ａを通過した光路を通る光束の偏光方向と対物レンズ１ｂを通過した光路を通る光束の偏光方向とを垂直にする偏光板１１ａ，１１ｂが配置されている。
また、偏光ビームスプリッタ４、プリズム７は、第１領域３ａ及び第２領域３ｂに結像する夫々の光路長に差が殆どなく略同じ長さになるように、屈折率が調整されている。
また、画像処理部８は、第１領域３ａに結像した右目用画像と第２領域３ｂに結像した左目用画像とを合成する公知の画像合成処理部（図示省略）を備えている。
その他の構成は、実施例１の撮像装置システムと略同じである。
【００６９】
このように構成された実施例２の撮像装置システムでは、左右の目用の対物レンズ１ａ，１ｂからの光束は、夫々の偏光板１１ａ，１１ｂを通り、偏光ビームスプリッタ４に入射する。このとき、偏光板１１ａ，１１ｂは、通過する互いの光束の偏光方向を垂直にする。このため、偏光ビームスプリッタ４では、一方の対物レンズからの光束（図７の例では、対物レンズ１ａからの右目用光束）のみが偏光ビームスプリッタ面４ａで反射し、他方の対物レンズからの光束（図７の例では、対物レンズ１ｂからの左目用光束）のみが偏光ビームスプリッタ面４ａを透過する。以後、実施例１と同様の経路を辿り、第１領域３ａ、第２領域３ｂに左右の目用の画像（図７の例では第１領域３ａに右目用画像、第２領域３ｂに左目用画像）が結像する。
【００７０】
実施例２の撮像装置システムによれば、第１領域３ａに入射する光路長と第２領域３ｂに入射する光路長が略同じになるように構成することで、１つの撮像素子３における異なる領域３ａ，３ｂに左右の立体観察用の２つの画像を結像させることができる。そして、これらの画像を上述した公知の画像合成処理部（図示省略）を用いて合成することで、画像表示装置１０上で、立体画像を観察することができる。
なお、図７の例では、右目用画像を第１領域３ａに結像させ、左目用画像を第２領域３ｂに結像させるように構成したが、右目用画像を第２領域３ｂに結像させ、左目用画像を第１領域３ａに結像させるように構成してもよい。
その他の作用効果は、実施例１の撮像装置システムと略同じである。
【００７１】
実施例３
図８は本発明の実施例３にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像の種類を示す図である。
実施例３の撮像装置システムは、対物光学系が側視用の光路Ｌ１と直視用の光路Ｌ２を有し、夫々の光路Ｌ１，Ｌ２に側視用の対物レンズ１ａと直視用の対物レンズ１ｂを有している。図８中、１２は側方に位置する被写体からの光を反射して対物レンズ１ａに導く光路折り曲げプリズムである。また、夫々の光路Ｌ１，Ｌ２には、対物レンズ１ａを通過した光路を通る光束の偏光方向と対物レンズ１ｂを通過した光路を通る光束の偏光方向とを垂直にする偏光板１１ａ，１１ｂが配置されている。
また、画像表示装置１０は、第１及び第２の領域３ａ，３ｂの夫々に結像する画像を表示する表示領域を有している。
その他の構成は、実施例１の撮像装置システムと略同じである。
【００７２】
このように構成された実施例３の撮像装置システムでは、側視用対物レンズ１ａと直視用対物レンズ１ｂからの光束は、夫々の偏光板１１ａ，１１ｂを通り、偏光ビームスプリッタ４に入射する。このとき、偏光板１１ａ，１１ｂは、通過する互いの光束の偏光方向を垂直にする。このため、偏光ビームスプリッタ４では、一方の対物レンズからの光束（図８の例では、対物レンズ１ａからの側視用光束）のみが偏光ビームスプリッタ面４ａで反射し、他方の対物レンズからの光束（図８の例では、対物レンズ１ｂからの直視用光束）のみが偏光ビームスプリッタ面４ａを透過する。以後、実施例１と同様の経路を辿り、第１領域３ａに側視画像、第２領域３ｂに直視画像が結像する。
【００７３】
実施例３の撮像装置システムによれば、１つの撮像素子３における異なる領域３ａ，３ｂに側視画像と直視画像の２つの画像を結像させることができ、これらの画像を画像表示装置１０上で、夫々観察することが可能になる。
なお、図８の例では、側視画像を第１領域３ａに結像させ、直視画像を第２領域３ｂに結像させるように構成したが、側視画像を第２領域３ｂに結像させ、直視画像を第１領域３ａに結像させるように構成してもよい。
その他の作用効果は、実施例１の撮像装置システムと略同じである。
【００７４】
実施例４
図９は本発明の実施例４にかかる撮像装置システムの構成を示す説明図で、(a)は全体構成を模式的に示す図、(b)は撮像素子の第１及び第２の領域に夫々結像する画像の種類を示す図である。
実施例４の撮像装置システムは、対物光学系が蛍光観察用の光路Ｌ１と白色光観察用の光路Ｌ２を有し、夫々の光路Ｌ１，Ｌ２に蛍光観察用対物レンズ１ａと白色光観察用対物レンズ１ｂを有している。図９中、１３は被写体からの光のうち蛍光のみを透過し、励起光（又は、励起光及び白色光）をカットするバリアフィルタである。また、夫々の光路Ｌ１，Ｌ２には、対物レンズ１ａを通過した光路を通る光束の偏光方向と対物レンズ１ｂを通過した光路を通る光束の偏光方向とを垂直にする偏光板１１ａ，１１ｂが配置されている。
また、画像表示装置１０は、第１及び第２の領域３ａ，３ｂの夫々に結像する画像を表示する表示領域を有している。
更には、好ましくは、画像処理部８は、第１領域３ａに結像した蛍光画像と第２領域３ｂに結像した白色光画像とを合成する公知の画像合成処理部（図示省略）を備え、画像表示装置１０は、蛍光画像と白色光画像との合成画像を表示する表示領域を備えている。
その他の構成は、実施例１の撮像装置システムと略同じである。
【００７５】
このように構成された実施例４の撮像装置システムでは、蛍光観察用対物レンズ１ａと白色光観察用対物レンズ１ｂからの光束は、夫々の偏光板１１ａ，１１ｂを通り、偏光ビームスプリッタ４に入射する。このとき、偏光板１１ａ，１１ｂは、通過する互いの光束の偏光方向を垂直にする。このため、偏光ビームスプリッタ４では、一方の対物レンズからの光束（図９の例では、蛍光観察用対物レンズ１ａからの蛍光観察用光束）のみが偏光ビームスプリッタ面４ａで反射し、他方の対物レンズからの光束（図９の例では、白色光観察用対物レンズ１ｂからの白色光観察用光束）のみが偏光ビームスプリッタ面４ａを透過する。以後、実施例１と同様の経路を辿り、第１領域３ａに蛍光画像、第２領域３ｂに白色光画像が結像する。
なお、実施例４の撮像装置システムによる観察に際しては、図示しない照明光学系が白色光、蛍光を照射するようにする。例えば、蛍光波長が赤外域波長の場合、照明光学系が白色光と赤外励起光を被写体に照射するようにする。また、例えば、蛍光波長が可視域波長（４００〜７００ｎｍ）の場合、照明光学系が、例えば励起フィルタと透明ガラスを円周上に備えた回転板を介して、励起光と白色光とを時分割で照射するようにする。
【００７６】
実施例４の撮像装置システムによれば、１つの撮像素子３における異なる領域３ａ，３ｂに蛍光観察用と白色光観察用の２つの画像を結像させることができ、これらの画像を画像表示装置１０上で、夫々観察することが可能になる。
また、観察に用いる蛍光波長が赤外域であれば、照明光学系から白色光と赤外励起光を物体に同時に照射することで、赤外蛍光画像と白色光画像とを同時に観察することができる。
なお、図９の例では、蛍光画像を第１領域３ａに結像させ、白色光画像を第２領域３ｂに結像させるように構成したが、蛍光画像を第２領域３ｂに結像させ、白色光画像を第１領域３ａに結像させるように構成してもよい。
その他の構成は、実施例１の撮像装置システムと略同じである。
【００７７】
なお、本発明の撮像装置及び撮像装置システムは、実施例１〜実施例４に記載の構成に限定されるものではない。例えば、実施例１〜実施例４の全ての構成を兼ね備えたものでもよい。
【００７８】
また、本発明の撮像装置及び撮像処理システムにおいては、撮像素子の画素情報の読み出し方法を、図１０に示すような読み出し方法にしてもよい。
図１０は本発明の撮像装置及び撮像処理システムにおける撮像素子の画素情報の読み出し方法の変形例を示す説明図で、(a)はその一例を示す図、(b)は他の例を示す図である。
本変形例の撮像装置及び撮像処理システムでは、撮像素子は、図１０(a)、図１０(b)に示すように、第１領域の中心点と第２領域の中心点を結ぶ方向に対して垂直な方向に画素情報を読み出すように構成されている。加えて、撮像素子は、撮像素子面を第１領域と第２領域とに２等分した仮想線Ａに対して線対称に、第１領域の画像の画素情報と第２領域の画像の画素情報とを交互（例えば、図１０(a)、図１０(b)に示す数字１〜１０の順）に読み出すように構成されている。
より詳しくは、図１０(a)の例では、撮像素子は、仮想線Ａに対して線対称に、第１領域の画像の画素情報と第２領域の画像の画素情報とを仮想線Ａから最も離れた領域から交互に読み出すように構成されている。また、図１０(b)の例では、撮像素子は、仮想線Ａに対して線対称に、第１領域の画像の画素情報と第２領域の画像の画素情報とを仮想線Ａに最も近い領域から交互に読み出すように構成されている。
本変形例の撮像素子の画素情報の読み出し方法によっても、図１(b)に矢印で示した読み出し方法と同様、第１領域の画像の画素情報と第２領域の画像の画素情報との取得の同時性を確保できる。
【００７９】
以上説明したように、本発明の撮像装置及び撮像処理システムは、特許請求の範囲に記載された発明の他に、以下に示すような特徴を備えている。
（１）前記撮像素子は、前記第１領域の中心点と前記第２領域の中心点を結ぶ方向に対して垂直な方向に、且つ、撮像素子面を前記第１領域と前記第２領域とに２等分した仮想線に対して線対称に、前記第１領域の画像の画素情報と前記第２領域の画像の画素情報とを交互に読み出すことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の撮像装置及び撮像装置システムは、例えば、被写界深度の深い観察が求められる内視鏡観察に有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１ａ、１ｂ        対物レンズ
２                    偏光解消板
３                    撮像素子
３ａ                  第１領域
３ｂ                  第２領域
４                    分割素子（偏光ビームスプリッタ）
４ａ、４ａ’          偏光ビームスプリッタ面
４’                  光学部材
４ｂ’、７ａ          全反射面
５                    波長板（λ／４板）
６                    第１反射部材（ミラー）
７、７’              第２反射部材（プリズム）
７ａ’                反射面
８                    画像処理部
８ａ                  第１画像処理部
８ｂ                  第２画像処理部（画像選択部）
８ｂ１ａ、８ｂ１ｂ    高域通過フィルタ
８ｂ２                比較器
８ｂ３                切替器
８ｂ４                デフォーカスフィルタ
８ｃ                  第３画像処理部
８ｄ                  第４画像処理部
８ｅ                  第５画像処理部
１０                  画像表示装置
１１ａ、１１ｂ        偏光板
１２                  光路折り曲げプリズム
１３                  バリアフィルタ
２０                  被写体
５１、６１            撮像レンズ
５２                  ２分解プリズム
５３、５４、６３、６４          撮像素子
５５                  高域通過フィルタ
５６                  加算器
６２                  プリズム
６５、６６            駆動装置
６７                  演算処理装置
６８、６９            駆動回路
７０                  画像合成装置
７１                  対物光学系
７２                  第１のプリズム
７２ａ                ビームスプリッタ
７３                  第２のプリズム
７３ａ                全反射ミラー
７４                  撮像素子
７４ａ、７４ｂ        受光部
７５                  照明窓
７６                  ライトガイド
８１                  対物レンズ
８２                  ダイクロイックミラー
８３                  ハーフミラー
８４、８５、８６      集光レンズ
８７、８８            撮像素子
８９                  励起光カットフィルタ
９０                  ミラー
Ｌ１                  第１光路
Ｌ２                  第２光路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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